Для зарождения жизни на Земле понадобилось не так много времени, как казалось

В какой-то ранний момент истории Земли набор все более сложных химических веществ проделал новый трюк. Они каким-то образом трансформировались, с помощью толчка энергии, в энергопроизводящую и самовоспроизводящуюся клетку. Время этого критического момента в истории Земли скрыто за течением миллиардов лет.

Наука обнаружила доказательства жизни 4,2 миллиарда лет назад, всего лишь через 250 миллионов лет после образования планеты. Древние окаменелые микробные маты цианобактерий, называемые строматолитами, датируются 3,7 миллиардами лет. Древние австралийские породы имеют изотопные сигнатуры, указывающие на жизнь, которая датируется 4,1 миллиарда лет назад. Нитевидные структуры, обнаруженные в древних канадских породах, могут иметь биотическое происхождение и датироваться 4,28 миллиарда лет назад.

Другие ученые работают над генетикой, чтобы понять первую жизнь на Земле. Они используют концепцию Последнего Универсального Общего Предка (LUCA), чтобы попытаться понять траекторию жизни. LUCA — это гипотетическая предковая клетка, которая была предшественником бактерий, архей и эукариот. Возраст LUCA составляет не менее 3,6 миллиарда лет, а возможно, и 4,3 миллиарда лет.

До сих пор ведутся научные дискуссии о доказательствах самой ранней жизни на Земле. Точное время появления жизни все еще обсуждается и определяется. Однако, несмотря на вопросы о времени, одно стало более ясным: это произошло быстро, вскоре после того, как образовалась планета.

В новой статье американский астроном Дэвид Киппинг из Колумбийского университета анализирует доказательства быстрого абиогенеза на Земле и других планетах земного типа. Она была принята к публикации в журнале Astrobiology.

«Впервые у нас есть официально веские доказательства в пользу гипотезы о том, что жизнь быстро зарождается в условиях, подобных земным», - говорит Киппинг. «Раннее начало жизни наивно предполагает, что абиогенез — быстрый процесс на планетах земного типа», — пишет Киппинг. «Однако, если эволюция обычно занимает ~4 млрд лет, чтобы создать разумные формы жизни, подобные нам, то ограниченная продолжительность жизни биосферы Земли (~5-6 млрд лет) требует раннего (и, возможно, крайне нетипичного) начала нашего появления — пример слабого антропного принципа».

Слабый антропный принцип утверждает, что если бы наша планета не была пригодна для разумной жизни, то нас бы здесь не было. Астроном Брэндон Картер представил идею антропного принципа в 1970-х годах, заявив, что в этом нет никакого совпадения и, по сути, нет причин спрашивать, почему мы здесь.

Но во всем этом есть некоторая напряженность. Существует явное противоречие между ранним появлением жизни и временем, которое потребовалось для появления разумной жизни — нас. Искажает ли наше существование в качестве разумных наблюдателей наше понимание того, когда произошел абиогенез?

Здесь есть и более конкретный вопрос. В других мирах, подобных Земле, если они существуют, существует ли такая же временная шкала? Возникает ли жизнь на этих планетах на ранних этапах? Является ли траектория от абиогенеза к разумной жизни такой же?

Земля не останется пригодной для жизни вечно. Согласно некоторым исследованиям, стареющее Солнце сделает ее безжизненной примерно через 900 миллионов лет. Оно станет примерно на 10% ярче и может сделать Землю непригодной для жизни. Это означает, что жизнь должна начаться вскоре после образования планеты, если разумная жизнь должна возникнуть до того, как планета станет непригодной для жизни, если Земля является репрезентативным примером. «В этой картине жизнь должна начаться (3,6 ± 0,8) Гя — иначе мы бы не были здесь, чтобы говорить об этом. Следовательно, наблюдаемое значение 3,7 Гя вряд ли удивительно», — пишет Киппинг. 3,7 Гя — возраст самых старых известных микроископаемых Земли.

По мере того, как Солнце стареет, становясь красным гигантом, оно будет становиться все более ярким. Примерно через 900 миллионов лет оно может сделать Землю непригодной для жизни. Кредит изображения: NASA / SDO / Шон Доран

Киппинг использует байесовский анализ, чтобы понять, когда на Земле появилась жизнь. В предыдущей работе, основанной на микроископаемых возрастом 3,7 миллиарда лет, он пришел к вероятности 3:1 в пользу быстрого абиогенеза. Доказательства соотношения углерода в древних породах привели к вероятности 9:1 в пользу быстрого абиогенеза. Соотношение 10:1 считается сильным доказательством, а все, что ниже, — нет.

Байесовский анализ приводит к новым результатам по мере обнаружения новых доказательств. Его новейшее исследование учитывает новейшие открытия о LUCA, которые говорят, что он существовал еще 4,2 миллиарда лет назад.

«Однако недавний результат 4,2 Гя LUCA впервые выводит шансы за пределы порога (номинально 13:1)», — пишет Киппинг. «Впервые у нас есть формально веские доказательства в пользу гипотезы о том, что жизнь быстро возникает в условиях, подобных земным (хотя такие среды сами по себе могут быть редкими)».

Киппинг также пишет: «На самом деле, отношение шансов составляет >10:1 для всех возможных значений конечной продолжительности жизни биосферы и спекулятивных гипотез древних цивилизаций». Когда он упоминает гипотезы древних цивилизаций, он говорит о силурийской гипотезе — мысленном эксперименте, который предлагает нам рассмотреть, может ли наука найти доказательства существования древней цивилизации, возможно, каменноугольного периода.

Это много для усвоения, и если это напрягает ваш мозг, вы не одиноки. В целом анализ Киппинга предполагает, что быстрый абиогенез не очень чувствителен к продолжительности жизни биосферы.

Это исследование рассматривает проблему слабого антропного принципа: наблюдаем ли мы нетипично быстрое появление жизни только потому, что нас бы здесь не было, если бы нас не было? Отношение шансов, к которому приходит Киппинг, является более объективной мерой того, насколько убедительны доказательства в пользу быстрого абиогенеза.

В своем заключении он поясняет, что его анализ основан на зарождении жизни на Земле, а не на панспермии. Он также указывает на пару оговорок: дата, указанная для LUCA, является новым результатом. Она может не выдержать более глубокого изучения со стороны научного сообщества. Киппинг также напоминает нам, что ничто из этого не означает, что жизнь, и особенно разумная жизнь, распространена. Земля редка, насколько мы можем судить, и вполне вероятно, что планеты переживают периоды обитаемости, которые гораздо короче, чем у Земли.

Однако исследования и размышления в этом ключе всегда страдают от одного и того же ограничения. У нас есть только одна точка данных для жизни, и это наша планета. Если мы найдем доказательства древней жизни на Марсе, существующей жизни на океанической луне или убедительные доказательства жизни на экзопланете, наше мышление сделает скачок вперед.

«Наш результат не доказывает, что жизнь распространена, поскольку условия на Земле могут быть невероятно редкими», — резюмирует Киппинг. «Наша следующая задача — рассмотреть и ответить на этот вопрос: насколько распространены условия, аналогичные земным?»